Lokaverkefni

Verkefnið

Þetta verkefni er hluti af áfanganum Framleiðsluferli - VÉL403G, sem kenndur er við Háskóla Íslands, vorönn 2021. Kennari áfangans er Hafliði Ásgeirsson.

Lokaverkefni áfangans samanstendur af því að fræsa stóran hlut úr krossvið í Shopbot fræsi og að fræsa út mót til þess að steypa hlut sem hópurinn hannar. Því miður var ekki hægt að ljúka áfanganum að fullu og var því seinni hluti verkefnisins, að steypa í mót, ekki framkvæmdur í raun en aðeins hönnunarhlutinn var kláraður. Hér má sjá stutta kynningu á afurðum verkefnisins.

Hópurinn

Meðlimir hópsins eru Andri Dagur Ófeigsson, Björg Eva Steinþórsdóttir og Guðrún Karitas Blomsterberg.

Kynningarmyndband

Hönnunarvernd

Ákveðið var að hönnunarskjöl væru aðgengileg til notkunar hverjum þeim sem það vill. Þar af leiðandi má hver sá sem hleður niður skjölunum neðst á þessari síðu framleiða hlutina, afrita skjölin eða vinna með þau á annan hátt. Ef smellt er á takkann hér að neðan má sjá hönnunarverndina í fullri lengd, en þau eru MIT Licence og eru fengin hér.

• Hönnunarvernd: MIT Licence

---

Tafla 1: Vinnuframlag - Að fræsa eitthvað stórt

Tafla 2: Vinnuframlag - Fræsing móts

---

Hugmyndavinna lokaverkefnis

Hópurinn ákvað að hanna og fræsa einhverskonar húsgagn, ásamt skrautmun. Leitað var á netinu að hugmyndum og önnur Fablab verkefni skoðuð. Niðurstaðan var sú að hanna einhverskonar hliðarborð með tveimur hillum. Skrautmunurinn sem ákveðið var að hanna og steypa er einfaldur kertastjaki. Fyrirmynd verkefnisins er borð frá merkinu Norman Copenhagen sem fæst í Epal. En kertastjakinn hefur ekki sérstaka fyrirmynd.

Leitarorð notuð við hugmyndavinnu og framkvæmd: fablab furniture, diy furniture, side table, vagn húsgögn, sófaborð, candle sizes, html..

---

Hönnun hliðarborðs

Byrjað var á að áætla stærð hlutarins og í framhaldi teiknaðar upp hugmyndir að pörtunum sem þarf í verkefnið.

Áætlanir voru gerðar fyrir öll málin á borðinu. Í töflu hér að neðan má sjá niðurstöður þess.

Tafla 3: Áætlun mála

Á myndinni hér að neðan má svo sjá alla parametra sem settir voru upp í Fusion360.

Ákveðið var í samráði við kennara að nota tvær plötuþykktir (18mm*2) í fætur borðsins, til þess að auka stöðugleika. Til þess að nota hvorki lím né skrúfur voru því næst hannaðar festingar til að halda helmingum fótanna saman. Fyrstu hugmyndir af festingum fyrir hillurnar kröfðust þess að stór göt væru á botnum hillanna.

Þessu var í framhaldi breytt þannig að aðeins þurfi gat á stærð við fæturnar. Hér að neðan má sjá hvernig hópurinn sá fyrir sér festingarnar sem ákveðið var að nota bæði að ofan og neðan.

Festingarnar fyrir hillurnar var ákveðið að útfæra eins og nagla eða þess háttar, sem standa út úr fótunum og hillurnar geta setið á. Hér að neðan má sjá hvernig hópurinn sá fyrir sér festingarnar.

---

Teiknað í Fusion360

Fyrsta skrefið var að teikna hillurnar sem eru í raun opnir kassar með finger-joints. Myndband sem notað var sem fyrirmynd má sjá hér að neðan.

• Finger joints: Fusion 360

Hillurnar tvær eru nákvæmlega eins og því verður sama hilla skorin út tvisvar sinnum.

Því næst voru fætur borðsins teiknaðir, þar sem áætla þurfti stærð þeirra áður en staðsetning gatanna í botni hillanna voru ákveðnar.

Þegar búið var að áætla stærð fótanna var götum bætt við fyrir festingarnar, bæði fyrir þær sem koma til með að vera á toppi og botni sem og þær sem munu halda uppi hillunum.

Þegar fæturnir voru tilbúnir voru gerð göt á botn hillunnar í viðeigandi stærð. Ákveðið var að hafa gatið 2 mm lengra og breiðara en fótur borðsins til að auðvelda samsetningu.

Að lokum eru festingarnar teiknaðar, miðað við stærðir gatanna. Festingunni ofan og neðan á fótum borðsins er ætlað að liggja jafnt endum fótanna, svo hún virki sem hluti af þeim.

Festingin sem heldur uppi hillunum virkar eins og nagli, en hún hefur haus sem passar að hún gangi ekki of langt inn í fótinn og gerir hillunni kleift að sitja ofan á henni.

Lokaútkomu teikningar má sjá hér að neðan.

---

Undirbúningur fyrir fræsingu og VCarve

Þegar teikningu hefur verið lokið þarf að gera útflatning af öllum pörtum hennar. Það er gert með því að nota Align skipunina og leggja alla parta á x planið.

Teikningin er exportuð og vistuð sem *.dxf skrá. Í framhaldinu er skráin opnuð í VCarve. Þar eru partarnir afritaðir og fjölda hvers parts sem þarf í verkefnið stillt upp eins og sjá má hér að neðan.

Þá þarf að setja “fillet” á öll horn í innskotum, þar sem fræsirinn getur ekki gert skörp horn. Í VCarve er tól fyrir þetta og notast er við T-Bone fillet með 3mm radíus. Frekari upplýsingar um þessar stillingar og aðferðir má sjá í myndbandi frá kennara námskeiðsins, ef smellt er á takkann. Í myndbandinu má einnig sjá hvernig VCarve í tölvunni þar sem teiknað var er tengt við VCarve í Fablab, þar sem fræsingin mun fara fram.

• VCarve: Undirbúningur

Stilla þarf stærð plötunnar sem verður notuð, þ.e. lengd, breidd og þykkt.

Að lokum þarf að stilla feeds and speeds og toolpaths eins og myndbandið að ofan segir einnig til um. Hér að neðan má sjá þær stillingar sem settar eru inn fyrir verkefnið ásamt öllum þeim toolpaths sem settar eru inn, en þær eru sex talsins.

Þegar komið er að fræsingu þarf að passa að fara aftur vel yfir allar nóður (e. nodes) í VCarve og sjá hvort eitthvað þurfi að laga, í samráði við kennara eða aðra vana einstaklinga. Einnig þarf að fullvissa sig um að réttur bor (eða haus) sé valinn, að stilla á skurð sem fer alveg í gegn þar sem við á og raða toolpaths í þá röð sem á að skera í.

Hér er passað að hafa auka svæði fyrir þá parta þar sem á að fræsa nokkra millimetra ofan í plötuna og þá parta þar sem á að skera alveg í gegn til að mætast. Þetta er til staðar í festinga stæðunum á fótum borðsins. Þá eru fyrrnefndu partarnir látnir ná út fyrir þá seinni, til þess að ekki myndist hak við skilin.

Borinn sem á að nota er 6mm og hefur hann verið valinn eins og sjá má á stillinga myndinni að ofan. Kornastærð sagsins er stillt á 0,2 - en mikilvægt er að hafa hana ekki of litla, sem eykur líkur á íkveikju, né of stóra, sem gæti valdið skemmdum á bornum.

Toolpaths eru svo stilltar í þá röð að fyrst er fræst þar sem ekki á að fara alveg í gegn, því næst eru það stærstu partarnir af hillunum tveimur, þá hliðar hillanna, fætur borðsins og að lokum festingarnar. Síðasta skrefið er að setja inn flipa meðfram hlutunum sem eru skornir út, til þess að þeir færist ekki úr stað við skurðinn. Þá er hægt að vista skrána og færa í tölvuna sem tengd er við fræsinn.

---

Fræsing hliðarborðs

Í þessum kafla eru helstu atriði sem gerð voru við fræsingu. Gott er að lesa vel yfir leiðbeiningar Shopbot fræsis frá FabLab áður en hafist er handa, en þær má sækja undir takkanum hér að neðan.

• ShopBot leiðbeiningar

Þegar plötu að stærð amk 1500x1500 cm og 1,8 cm á þykkt hefur verið komið fyrir á fræsinum þarf að sjá til þess að öll undirbúnings- og öryggisatriði séu uppfyllt.

Hér má sjá ryksugu sem tengd er fræsinum.

Þegar listinn hefur verið athugaður og fræsirinn hitnað er hann núllstilltur á x-, y- og z- ás. Það er gert með því að færa fræsitönn á núllpunkt x- og y- ása með örvatökkum á lyklaborði og smella svo á Zero Axes í stýrikerfi. Aðeins er valið að núllstilla x- og y. Því næst er þess til gerð plata staðsett undir fræsitönn og valið er að núllstilla z-ás. Þegar því er lokið er plötunni skilað. Hér má sjá stýrikerfi fræsisins.

Þegar öllu þessu er lokið er hægt að setja fræsinn af stað.

Fræsingin tók u.þ.b. 2,5 klst og tókst vel til. Þegar henni er lokið þarf að ryksuga upp það sag sem eftir situr og losa hlutina úr plötunni, með því að brjóta flipana sem settir voru á þá, með hamri og sporjárni.

---

Samsetning hliðarborðs

Þá tók við að pússa og púsla hliðarborðinu saman.

Við samsetningu komu upp minniháttar hnökrar. Festingarnar sem eru í laginu eins og naglar voru aðeins of stórar til þess að passa í götin til að halda hillunum uppi ásamt því að fingurnir á hillunum voru ansi tæpir líka. Ákveðið var að saga örlítið af fingrunum og prufa að setja hliðarborðið saman án naglafestinganna.

Þessar reddingar nægðu til þess að samsetning heppnaðist, en fætur borðsins pössuðu akkúrat í götin á hillunum og ekki þurfti festingarnar til að halda hillunum uppi. Tólin sem notuð voru við pússun og samsetningu voru sandpappír, raspur og hamar.

Hér að neðan má svo sjá hliðarborðið þegar það hefur verið sett saman. Við viljum minna á hönnunarskjöl ofar á síðunni fyrir áhugasama.

---

Hönnun og teikning kertasjaka

Kertastjakinn sem var upphaflega hannaður er sýndur á mynd hér að neðan.

Vegna vandræða við teikningu móts var ákveðið að endurtaka teikninguna á aðeins einfaldaðan hátt. Hér að neðan má sjá ferlið við teikningu seinni stjakans, en vinna við fyrri stjaka var ansi svipuð, þó tímafrekari.

Byrjað var á því að teikna kassa í Fusion 360.

Kassanum er svo gefin þykkt á z-ás til þess að mynda kubb.

Því næst er sett hola í miðjan topp kassans, en það er kertastæðið. Hún er 3cm á dýpt og með radius*2=2,5cm.

Stærð kertastæðisins er miðuð út frá staðlaðri stærð hás kvöldverðarkertis, eða 7/8 inches.

Að lokum eru horn stjakans rúnuð með Fillet skipuninni, 25mm á hornum hans sem vísa til hliðanna og 5mm á efri brún.

Lokaútkoma kertastjaka er hér að neðan.

---

Teikning móts

Byrjað er á að teikna kassann sem verður að mótinu. Þá er teiknaður kassi með plan í miðjum hlutnum.

Þá er hann í framhaldinu stækkaður í báðar áttir til að umlykja kertastjakann í heild. Hlutirnir eru sameinaðir með útskurðarstillingu svo að kassinn verður holur þar sem hluturinn og kassinn mætast.

Þá er orðið til mót og slökkt er á kassanum og kertastjakanum til þess að geta skorið mótið í tvo hluta um miðju. Til þess að skera mótið er búið til plan mitt á milli topps og botns mótsins og það er notað sem skurðarásinn.

Þegar mótinu hefur verið skipt í tvennt er þarf að búa til festingar til þess að mótið smelli saman. Til þess eru gerðar holur og kúlur sem passa í þær. Til að búa til holurnar eru settar kúlur á öll fjögur hornin á öðrum helmingnum af mótinu. Þær eru svo skornar út úr hinum helmingnum og virka þá sem festing.

Þá er komið að því að búa til holu til þess að geta hellt efni inn í mótið. Hole skipunin er notuð og búin er til hola á einni hliðinni, við skilin á botni og toppi mótsins.

Nú er mótið tilbúið, en þá þarf að teikna negatívu af mótinu til þess að geta fræst út í vax eða frauðplast og í framhaldinu búið til mótið úr sílíkoni eða þ.h. Fyrst þarf að stilla hlutunum tveimur upp hlið við hlið.

Þá er teiknaður kassi sem nær utan um báða hlutana, en þetta er það sem verður að lokum fræst út.

Þá er Cut skipunin notuð til þess að hola út form beggja hluta mótsins.

---

Toolpaths

Næsta, og síðasta, skrefið er að setja upp toolpaths ásamt feeds and speeds.

Þá er farið inn í Manufacture í Fusion360 og Milling valið.

Þá þarf að velja hverskonar fræsingu á að framkvæma, en í þessu tilfelli er það 2D pocket. Fyrir fræsinguna eru botnar mótsins valdir, en þeir eru viðmiðið fyrir borinn.

Byrjað er á að stilla Setup. Þar er stilltur núllpunktur fræsingarinnar, en hann er settur á eitt af hornum negatívunnar. Operation Type er sett sem Milling og Stock from solid, en þessar stillingar má sjá hér að neðan.

Að lokum þarf að stilla toolpaths fyrir fræsinguna. Valið er tól númer 14, en það er eitt þeirra sem til er í FabLab Reykjavík.

Í Geometry er valið að tólið skeri innan markanna, þ.e. Machining boundary og Tool inside. Þá er Stock valið sem botnarnir, eins og fyrr kom fram. Hér má sjá hvernig toolpaths líta út, ásamt þessum stillingum.

Myndband sem sýnir simulation af fræsingunni má svo sjá hér að neðan.

---

Hönnunarskjöl

Hér má finna hönnunarskjöl borðsins og kertastjakans á *.dxf formi, ásamt *.crv skjali fyrir hliðarborðið. Ef smellt er á takkann hefst niðurhal.

• Hönnunarskjal - Hliðarborð

• Hönnunarskjal úr VCarve - Hliðarborð

• Hönnunarskjal - Mót

---

Hér lýkur framkvæmd verkefnisins, en gaman væri að framkvæma fræsingu og að steypa í mót við tækifæri, þar sem ekki gafst tími til þess innan áfangans.